用于生物塑料的生物基阻燃剂

德国弗劳恩霍夫WKI和弗劳恩霍夫IAP的研究人员与工业伙伴一起，在开发生物塑料中的生物基阻燃剂方面取得了初步成功。在研究项目中，使用复合、注塑和增材制造工艺对加工过程进行了测试。
为什么这与轻量化有关？由于生物基阻燃剂的存在，未来电子和电气工程中使用的塑料可以100%由生物基材料组成。这也使得电动汽车的电池外壳的使用变得触手可及。
这是因为为了使生物塑料也能在这些领域中使用，它们必须像传统塑料一样满足高阻燃标准。到目前为止，还没有用于生产生物塑料的生物基阻燃剂。这就是弗劳恩霍夫研究所WKI和IAP与工业伙伴共同开展的研究项目的意义所在。
研究项目的一个重点是开发一种无卤素阻燃剂，其使用量尽可能小，因此成本低。此外，还测试了在与未增强的生物聚合物和木质颗粒增强的生物聚合物的混合中使用已有的阻燃剂。
弗劳恩霍夫WKI研究所项目主管安内-斯尔普博士表示："为了实现我们的目标，我们进行了基于生物基醇类和含磷化合物的无卤阻燃剂的合成。然后，我们使用聚乳酸（PLA）作为基体聚合物进行了大量的复合试验。"
在生物聚合物基体中的均匀分布对于获得最佳的火焰保护是必要的，这在该项目中通过电子束交联实现。在这个过程中，聚合物的特性通过触发交联和耦合反应而被改变，这些反应可以通过辐射剂量来控制。在工业合作伙伴BGS Beta Gamma Service进行的测试中，一种添加剂被证明是有效的，其中聚乳酸的交联反应明显超过了电子束的降解作用。
经过优化测试，有可能实现与聚乳酸的复合，从中开发出生产阻燃聚乳酸化合物的配方。阻燃剂是基于生物基醇类和含磷化合物。根据UL94进行的可燃性测试，在测试试样厚度为1.6毫米时，获得了非常好的分类（V-0）。
研究人员还对未增强的生物聚合物和木质颗粒增强的生物聚合物与无卤素的、目前可用的阻燃剂进行了试验。该团队成功开发了PLA和PBS（生物基聚丁二酸丁二醇酯）的配方，这些配方在很大程度上满足了目标应用的阻燃要求，并且可以通过注塑和增材制造工艺进行加工。
参与项目的工业伙伴在注塑过程中的加工结果非常乐观。在添加木质颗粒的试验中，研究人员也能够证明这些对阻燃性能有积极影响。通过添加木材，热释放率明显降低。然而，与此同时，点火时间也缩短了。对于木质纤维增强的阻燃和结晶聚乳酸化合物，证明其最大耐热性能为140℃至160℃。
此外，研究人员还开发了基于生物聚酰胺（PA）的阻燃配方，用于注塑成型。这些配方在UL94测试中达到了V-0分类（1.6毫米厚），与参考材料相比，基本上满足了辉光线测试和跟踪电阻（CTI）方面的要求。
弗劳恩霍夫WKI研究所项目主管安内-斯尔普博士表示："到目前为止，基于Bio-PA的配方只在测量捏合机和小型注塑中进行了小规模的加工。因此，有必要进一步研究如何在双螺杆挤出机和注射成型中加工它们。还应该对基于PA的阻燃化合物进行优化，以满足电气工程和电子部门的全部要求。"